워프 드라이브

1. 개요2. 원리3. 빠르기4. 기타5. 실제로 만들어지나?


워프 중인 USS 디스커버리	워프 중인 USS 엔터프라이즈

Warp Drive

1. 개요

스타트렉에서 함선의 주요 추진 시스템 중 하나이다. 워프 엔진(Warp Engine)이라고도 부르며 광속보다 빠른 속도인 초광속으로 항해할 때 사용한다.[1]

2. 원리

워프 항법의 시각화

스타트렉 세계관에서 묘사되는 워프 엔진의 구현 방식은 다음과 같다.

에너지 생성: 함을 둘러싸는 아공간 포켓(워프 버블)의 생성에는 엄청난 에너지가 필요하며, 이 에너지는 함의 기관부[2]에 위치한 대소멸 반응로인 “ 워프 코어”에서 생성한다. 스타플릿을 비롯한 여러 종족들이 사용하는 워프 코어는 다일리튬 결정을 매개로 한 물질-반물질의 반응[3]으로 에너지를 생성하며, 로뮬란의 워프 코어에는 초소형 블랙홀(양자 블랙홀)이 들어있어( 특이점 엔진) 이를 이용해 에너지를 생산한다.
이 엔진에서 만들어진 막대한 에너지를, 함의 측면이나 상하에 설치된 “ 워프 나셀”(warp nacelle) 안에 든 “워프 코일”(warp coil)로 보내 충전시키고, 워프 준비가 되면 방출하여 함을 둘러싼 워프장(warp field)을 전개한다.
워프장은 시공간 왜곡으로부터 우주선을 보호하는 아공간 버블(워프 버블)을 우주선 주변에 생성한 후, 우주선 앞의 시공간을 수축시키고 뒤의 시공간을 팽창시켜 우주선을 초광속으로 추진한다. 이때, 우주선을 둘러싼 워프 버블은 움직이지 않고 고정되어 있으며 우주선 주변의 시공간만이 움직이는 것이기에 실제 우주선의 속도는 0이다. 따라서 시간 팽창 현상이 발생하지 않으며 우주선의 시간은 워프 버블 외부의 시간과 동일하게 된다. 다만 주변의 시공간을 왜곡시키므로 행성 지표면 근처에서는 워프 엔진을 사용하는 것이 자살 행위나 다름없을 정도로 매우 위험하며 적어도 열권을 지나가야 워프가 가능하다.

워프 항행의 원리를 현실의 배에 비유하자면, 특별한 장치를 이용해 선미에서 약간 떨어진 수면을 큰 힘으로 내려쳐 파문(물결)을 발생시키고, 그 물결에 올라타 나아가는 이상한 배와 비슷하다. 물론 실제로는 수면이 아니라 시공간 연속체에 파문을 일으키는 것이므로 물결 위에 올라타고 전진하는 것이 아니라 공간(아공간 포켓)에 둘러싸여 전진한다. 워프 우주선이 시공간 연속체에 만들어내는 파문을 워프장(warp field)이라 부르는데, 엄밀히 말하면 우주선은 워프 항행 중에 초광속으로 움직이는 것이 아니다. 우주선은 거의 가만히 있는데 우주선 주위의 시공간 연속체 자체가 뒷쪽의 워프장에 떠밀려 전진하는 것이다. 워프 엔진이 소모하는 엄청난 에너지는 이 워프장을 만들어내는 데 사용된다.

참 허황되다고 생각되겠지만 의외로 이러한 방식은 현재까지 알려진 물리 법칙들에 위배되지 않는 워프 이론 중 가장 현실성이 있는 방안으로 평가받는 탄탄한 설정이다. 자세한 것은 알큐비에레 드라이브 참고. "공간 자체가 움직일 경우 그 이동 속도가 광속을 넘어설 수 있다"는 현상은 우리 우주에서 지속적으로 일어나고 있다( 빅뱅 우주론이 100% 맞다고 가정할 경우). 우주 공간 자체가 지속적으로 팽창하며, 모든 천체(지구 포함)가 다른 천체들로부터 빠른 속도로 멀어지고 있기 때문이다. 우리에게서 아주 아주 멀리 떨어져 있는 천체들이 우주 팽창으로 인해 우리로부터 멀어지는 속도는 광속보다 빠르다. 워프 드라이브는 빅뱅으로 인한 공간 팽창을 국소적으로 일으키는 장치인 셈이다.

워프의 속도는 워프 팩터로 나타내며 주로 팩터 부분은 생략하고 워프 x라고 말한다. TOS에서는 워프 팩터의 세제곱이 광속이었지만, TNG에서부터는 워프 팩터의 10/3제곱이 광속이다.[4][5]

간혹 워프 코일과 워프 코어를 혼동하기도 하는데, 워프 코어는 엔지니어링 선체에 들어있고 워프 코일은 워프 나셀에 들어있다. 워프 구동에 필요한 에너지는 워프 코어에서 만들지만 워프장을 만들어내 초광속 추진을 하는 기관은 워프 코일이다. 자동차의 엔진과 바퀴를 생각해보면 쉽게 이해될 것이다.

3. 빠르기

메모리 알파의 워프 속력과 시간 경과에 따른 거리를 계산하는 공식에 따라 계산되었으나, 대부분의 시리즈에서 고무줄처럼 늘어났다 줄어났다 하기 때문에 큰 의미가 없는 경우가 많다.[6] Star Trek: The Next Generation Technical Manual에서는 실제 워프 속력의 빠르기 값은 항성 간의 조건[7]이나 중력의 세기[8] 등에 의해서 천차만별로 달라진다고 설명한다. 그러니 아래 표의 내용은 단순 참고용으로만 사용하자. 워프 팩터에 따른 빠르기를 계산해보고 싶다면 이곳을 참고하자.

ENT~TOS까지의 워프 속력 공식은 다음과 같다.

[math(\displaystyle wf=\sqrt[3]{\frac{v}{c}})]

v=우주선의 속력
c=빛의 속력(3×10⁸m/s)
wf=워프 속력

광속 기준으로 속력을 계산한다면

[math(v=wf^3c)] 이며 이 공식들을 바탕으로 계산한 워프 속력의 빠르기는 다음과 같다.

<rowcolor=white> 워프 속력(팩터)	빠르기(1=광속)	24시간 동안 비행 거리(1=1광년)
0.5	0.125	0.0003
1	1	0.003
2	8	0.022
3	27	0.074
4	64	0.175
5	125	0.342
6	216	0.591
7	343	0.939
8	512	1.402
9	729	1.996
10	1,000	2.738
11	1,331	3.644

TNG부터의 속력 공식은 다음과 같다.

[math(\displaystyle wf=\sqrt[^\frac{10}{3}]{\frac{v}{c}})]

v=우주선의 속력
c=빛의 속력(3×10⁸m/s)
wf=워프 속력

광속 기준으로 속력을 계산한다면

[math(speed=wf^{\frac{10}{3}}c)] 이며 이 공식들을 바탕으로 계산한 워프 속력의 빠르기는 다음과 같다.

<rowcolor=white> 워프 속력(팩터)	빠르기(1=광속)	24시간 동안 비행 거리(1=1광년)
0.5	0.099	0.001
1	1	0.003
2	10	0.027
3	38	0.106
4	101	0.278
5	213	0.585
6	392	1.075
7	656	1.797
8	1,024	2.805
9	1,516	4.154
9.5	1,837	5.029
9.6	1,909	5.52
9.9	3,053	8.358
9.975	5,126	14.03
9.99	7,912	21.66
9.999	32,100	87.89
10	[math(\infty)]	[math(\infty)]

4. 기타

TNG부터 새롭게 적용된 기준에 따르면 워프는 워프 10이 한계로 이 속도에 도달하면 여러 지점에 동시에 존재하게 된다고 한다. 이후 워프 10은 상당히 빠른 것을 가리키는 말이 되었다. VOY에서 톰 패리스가 코크레인 셔틀로 워프 10을 도달했었지만 톰 패리스는 워프를 하는 동안 비정상적으로 빠른 진화(Hyperevolution)를 경험하게 되었고 이후 사망했다가 부활하는 등 부작용이 많아서 결국 워프 10은 뚫지 않게 되었다.

한 문명이 외계인의 존재를 알게 되는 기술이라고 할 수 있다. 행성연방에는 프라임 디렉티브라고 해서 자력으로 워프를 개발하지 못한 종족에게는 일체 개입하지 않는다는 규정이 있다.[9] 연방뿐만 아니라 다른 워프 가능 종족들도 워프 이전 문명에는 웬만하면 간섭하지 않는다. 물론 호전적인 종족들의 경우 이러한 암묵적인 룰을 무시하고 워프 이전 문명에게 간섭하거나 때로는 멸망시켜 버리기도 한다.

스타트렉 세계관에서 거의 유일한 초광속 항법이기에 거의 모든 종족이 사용하지만, 워프 항법에는 치명적인 단점이 있는데, 워프 코어의 반물질 격리장에 문제가 생기면 함선이 통째로 폭발해버릴 위험이 있다는 것이다. 때문에 워프 코어의 위치는 함선 입장에서는 급소나 마찬가지다. 또다른 단점으로는 나셀이 따로 나와있다는 것이다. 다른 작품들의 우주선은 엔진이 파묻혀있어서 직접 피격당할 일이 적지만, 스타트렉의 함선들은 피격당하기 너무나도 쉽다. 피격당해서 워프 나셀이 작동 불능이 되면 도주도 불가능해진다.[10] 그나마 다행인 점은 일부 우주선을 제외하면 모두 상술한 단점에 대한 대처법을 지니고 있다는 것이다.[11]

32세기 기준으로도 대체가 불가능한 항법인데, 31세기에 열화 사건이 터지면서 워프 항법 사용에 지장이 생겼다. 사실, 이전부터 물질과 반물질 반응의 매개체인 다일리튬이 점점 고갈되어가면서 다일리튬 재결정화라는 기술로 버티고 있었고, 다일리튬을 사용하지 않는 대체 초광속 항법인 SB-19의 연구가 진행되고 있었으나 문제점이 많아서 개발이 중단되었다. 그러다가 거의 대부분의 다일리튬을 비결정화하는 열화가 터지면서 워프 코어를 가동중이던 모든 함선이 그대로 폭발했고 여타 기반 시설이 파괴되며 행성연방을 포함해 수많은 성간 세력이 크게 붕괴되어 버렸다. 다행히 3189년에 베루빈 성운에서 다일리튬이 풍부한 행성을 발견해서 다시 많이 사용될 듯 하다. 하지만 그래도 다일리튬에 대한 의존도를 줄이려는 움직임은 계속되고 있기에, 연방에서는 '패스웨이 드라이브'(Pathway drive)라는 대체 초광속 항법을 개발하여, 시험 운항을 위해 32세기의 인트레피드급 함선 USS 보이저(NCC-74656-J) 호에 적용했다. 다만 작중 패스웨이 드라이브가 실제로 사용되는 장면은 소형 셔틀크래프트인 UFP-99가 사용하는 것이 등장하며 큰 함선에서 사용되는 모습은 나오지 않았다.

2370년, 기존의 워프 엔진이 아공간 구조에 조금씩 손상을 누적시킨다는 사실을 헤카란 종족의 과학자 남매가 발견하였다. 이들은 연방에게 최대한 빨리 도움을 받기 위해 자신들의 항성계를 지나가는 모든 워프 가능 함선의 워프 엔진을 무력화시키는 극단적인 방법을 취했으며 USS 플레밍과 플레밍을 수색하던 엔터프라이즈-D가 여기에 걸려든다. 엔터프라이즈-D의 피카드 선장은 최대한 지원할 것을 약속했으나 과학자 남매 중 여동생이 이 약속을 불신하여 결국 자폭이라는 방법으로 아공간에 균열을 만들었고, 결과적으로 플레밍과 엔터프라이즈-D를 거의 파괴시킬 뻔 한 트롤링에 가까운 행태를 벌였다. 그러나 마냥 결과가 안 좋은 트롤링인 것은 아니었는데, 아공간의 균열을 실시간으로 목격한 엔터프라이즈-D의 보고에 따라 연방 의회는 해결책을 찾기 전까지 비상 사태 이외에는 워프 5를 초과하지 못한다는 제한 지침을 모든 연방 소속 함선에게 즉각적으로 적용했기에 남매의 목표인 연방의 빠른 대응에는 도움이 되었다. 다만 2370년 이후에는 이러한 지침에 대한 언급을 찾아볼 수 없으며 다시 워프 5 이상의 속도를 일상에서 사용하는데 이는 해결책이 개발되었음을 암시한다.[12][13]

높은 워프 속도로 항성 주변을 스윙바이한다면 이는 워프 10을 초과하기 때문에 시간까지 왜곡하게 된다. TOS 시절에 처음 나온 설정으로, 극장판 4편에서 주인공 일행이 이것을 이용하여 과거로 시간 여행을 했었다. 다만 PIC에 나온 바로는 이런 방식의 시간 여행은 매우 복잡한 계산이 필요하며, TOS에서는 스팍이 있었기에 가능한 방법이었다고 나온다. 작중 피카드는 이 계산을 위해서 당시 감시중이던 보그 여왕의 힘을 빌리는 수밖에 없었다. 데이터가 있었다면 데이터가 계산을 할 수도 있었지만 당시 연방에서는 화성 공격 사태로 인해 인조 생명체가 금지되었으므로...

워프로 항해하기 위해 꼭 필요한 워프 코어는 함선의 주 동력이며 이것이 꺼지거나 방출될 경우 함선은 보조 동력이나 비상 동력만으로 유지되게 된다.

연방 함선의 최대 순항 속도는 최대 워프 속도보다 낮다. 하지만 작중에서는 대부분 구분없이 언급되니 혼동 주의. 순항 속도는 해당 속도를 계속 유지할 수 있는 속도이고 최대 속도는 대부분 시간 제한이 있다. 예를 들어 2364년 기준 갤럭시급의 최대 순항 속도는 워프 9.2이며 최대 속도는 워프 9.6(이론상 워프 9.8까지 가능)이고 몇 시간 동안만 유지 가능하다.

Star Trek: Voyager Technical Manual에서는 아공간 통신 신호가 워프 9.9999의 속도로 이동하며 워프 9.6보다 100배 빠르고 광속보다 199,516배 빠르다고 한다.

23세기를 다루는 스타트렉: 스트레인지 뉴 월드 시즌 1 6화에서는 아공간 장거리 통신 신호의 속도가 광속의 약 52,000배라고 언급된다. TOS 기준으로 약 워프 37 정도의 속도이다.

스타트렉 세계관에서는 워프 드라이브 이외에도 트랜스워프 드라이브, 양자 후류 드라이브, SB-19 등 수많은 초광속 추진 기술이 등장한다. 트랜스워프 드라이브[14]와 양자 후류 드라이브[15]의 경우 워프 드라이브보다 성능은 훨씬 월등하지만 보다 고도의 기술력이 필요한 관계로 아직 실용화되진 않았으며 비공식적으로 25세기에 실용화되었다.

안전을 위해 행성계 안에서 워프를 벗어나는 것은 엄격히 금지되며 행성계 밖에서 워프를 중단한 후 임펄스 엔진을 사용한다. 워프 엔진의 특성상 아공간에서 일반 우주의 물체를 그대로 꿰뚫고 지나가기 때문에 자칫하다가는 행성이나 항성의 내부에서 워프를 벗어나 파괴될 수 있기 때문이다. 다만 2370년대 기준 기술적으로는 가능한 것으로 보인다.

제프람 코크란 박사는 다일리튬이 없던 시절에 워프 1 엔진을 만들었는데 트레키들이 그건 뭐지? 라는 생각이 들었고 그걸 바탕으로 만들어진 유튜브 영상.

게이밍 기어 제조사인 마이크로닉스의 제품 브랜드 중 하나인 워프는 바로 이 워프 드라이브에서 따온 이름이다. 설명에는 단순히 SF 영화에서 등장하는 기술이라고 했지만 워프 드라이브라는 표현 자체가 스타트렉에서 사용되니 빼박.

5. 실제로 만들어지나?

자세한 내용은 알큐비에레 드라이브 문서 참고하십시오.

[1] 초광속이긴 하지만 은하계가 터무니없이 넓다보니 은하 끝에서 끝까지 가려면 광속의 5,126배인 워프 9.975로 쉬지않고 달려도 75년 정도 걸린다. 실제 스타트렉 세계관에서 개척된 은하계 영역은 1/4 정도기도 하고. [2] 엔지니어링 선체(Engineering hull) 또는 2차 선체(Secondary hull)라고도 부름. [3] 무엇을 반응 물질로 쓰는지는 종족마다 다르다. 행성연방은 중수소를 사용한다. [4] TNG 시대가 되며 워프 속도를 계산하는 공식이 바뀌었기 때문에 같은 워프 8이어도 TOS에서는 광속의 512배, TNG에서는 광속의 1024배이다. TOS와 TNG 모두 워프 팩터가 증가함에 따라서 속도가 지수적으로 증가하지만, TNG부터는 워프 10을 무한으로 지정했기 때문에 워프 9.5를 초과한다면 속도의 증가량이 기하급수적으로 늘어난다. [5] 그 외에도 스타트렉: 디스커버리에서는 시즌마다 워프 이동 장면이 나오는데 23세기의 워프 이동과 32세기 워프 이동의 공간 상태가 매우 다르다는 걸 알 수 있다. [6] ENT의 첫 화에서 100광년 정도 떨어진 크로노스에 워프 속력 4.5로 나흘만에 도착할 수 있다고 나오는 것이 대표적인 예이다. 워프 속력 4.5로 나흘을 주행하면 고작 1광년 정도밖에 갈 수 없다. 때문에 메모리 알파에서도 워프 속력이 실제 드라마 에피소드에서는 들쭉날쭉하게 적용된다는 것을 명시하고 있다. [7] 가스 밀도, 은하의 서로 다른 지역의 전기장 및 자기장, 아공간 영역의 변동 등 [8] 스타트렉: 더 비기닝에서 USS 엔터프라이즈가 최대 워프 상태였음에도 블랙홀의 중력을 못 이겨 서서히 끌려간 것이 좋은 예시이다. [9] 단, 워프 기술을 보유하고 있지 않아도 워프 기술을 확실하게 인지하고 있다면 접촉이 가능하다. 예로 DIS에서 등장하는 종족인 켈피언은 워프 기술이 없지만 같은 행성에 사는 바울이라는 종족이 워프 기술을 가지고 있고 켈피언도 이에 대해 인지하고 있어서 접촉이 가능하다고 한다. [10] 24세기 후반쯤에는 기술이 발전하여 두 개 이상의 나셀을 지닌 함선은 한쪽 나셀이 피격되어 작동 불능 상태가 되어도 남은 한 개의 나셀이 작동한다면 워프가 가능하다. [11] 이것 때문인지 모든 스타플릿 함선들은 워프 코어를 함선 밖으로 방출하는 기능을 기본적으로 탑재하고 있으며 DIS 시즌 3에서 USS 디스커버리가 보여주었듯이 이 기능을 이용해 워프 코어를 방출한 다음 자폭시키는 방법으로 적 함선을 파괴시킬 수도 있다. 32세기의 함선들의 구조도 이러한 단점을 보완하여 대부분 나셀과 주 선체를 물리적으로 분리시켰으며 커리지급처럼 나셀과 주 선체를 합처버린 함선도 있다. [12] USS 보이저에 장착된 가변형 워프 나셀이 이러한 문제를 최소화하는 신기술이다. [13] 디스커버리에서 니바르의 프로젝트인 SB-19의 경우 USS 보이저가 중력 기술에 의한 워프 기술을 습득한 적 있는데 다일리튬 없이 작동하는 방법 중 하나이며 SB-19는 그 중력 기술과 비슷한 형태를 띄고 있다. [14] 기술적 문제로 인한 난관이 크며 보이저에서 보그의 트랜스워프 코일을 노획해 운영했음에도 소모성으로 끝났다는 것으로 보아 다른 문제가 있는 듯하다. [15] 이쪽의 경우 보이저 에피소드와 디스커버리 에피소드에서 언급되는데 다일리튬보다 희귀한 자원인 베나마이트를 쓴다고 언급된다. 게다가 안 그래도 희귀한데 합성 과정은 더럽게 복잡하고 심하게 불안정한 탓에 합성 후에는 거의 즉시 사용해야 하며, 보이저 에피소드에서는 추가로 더 합성하려면 수 년이 더 걸린다는 언급이 나온다.